Chúng ta hãy xem xét các tính năng của hệ thống nhiệt động lực học. Chúng thường được hiểu là các dạng vật lý vĩ mô bao gồm một số lượng đáng kể các hạt, không hàm ý việc sử dụng từng hạt riêng lẻ để mô tả các đặc điểm vĩ mô.
Không có hạn chế nào về bản chất của các hạt vật chất là thành phần cấu thành của các hệ thống đó. Chúng có thể được trình bày dưới dạng phân tử, nguyên tử, ion, electron, photon.
Đặc thù
Hãy để chúng tôi phân tích các đặc điểm đặc biệt của hệ thống nhiệt động lực học. Một ví dụ là bất kỳ vật thể nào có thể được quan sát mà không cần sử dụng kính thiên văn hoặc kính hiển vi. Để đưa ra mô tả đầy đủ về một hệ thống như vậy, các chi tiết vĩ mô được chọn, nhờ đó có thể xác định thể tích, áp suất, nhiệt độ, độ phân cực điện, cảm ứng từ, thành phần hóa học và khối lượng của các bộ phận.
Đối với bất kỳ hệ thống nhiệt động lực học nào, đều có những ranh giới thực tế hoặc có điều kiện ngăn cách chúng với môi trường. Thay vào đó, khái niệm bộ điều nhiệt thường được sử dụng, có đặc điểm là công suất nhiệt cao đến mức trong trường hợp trao đổi nhiệt với hệ thống được phân tích, chỉ báo nhiệt độ không thay đổi.
Phân loại hệ thống
Chúng ta hãy xem xét việc phân loại các hệ thống nhiệt động là gì. Tùy thuộc vào bản chất tương tác của nó với môi trường, người ta thường phân biệt:
- loài biệt lập không trao đổi vật chất, năng lượng với môi trường bên ngoài;
- cô lập đoạn nhiệt, không trao đổi vật chất với môi trường bên ngoài mà tham gia trao đổi công hoặc năng lượng;
- Trong các hệ nhiệt động kín không có sự trao đổi vật chất, chỉ cho phép thay đổi giá trị năng lượng;
- các hệ thống mở được đặc trưng bởi sự truyền hoàn toàn năng lượng và vật chất;
- những cái mở một phần có thể có những vách ngăn bán thấm nên không tham gia đầy đủ vào quá trình trao đổi vật chất.
Tùy thuộc vào mô tả, các tham số của hệ nhiệt động có thể được chia thành các tùy chọn phức tạp và đơn giản.
Đặc điểm của hệ thống đơn giản
Các hệ thống đơn giản được gọi là trạng thái cân bằng, trạng thái vật lý của nó có thể được xác định bởi thể tích, nhiệt độ và áp suất cụ thể. Ví dụ về các hệ nhiệt động thuộc loại này là các vật thể đẳng hướng có đặc điểm giống nhau ở các hướng và điểm khác nhau. Như vậy, chất lỏng, chất khí, chất rắn ở trạng thái cân bằng nhiệt động không chịu tác dụng của lực điện từ, lực hấp dẫn, sức căng bề mặt và các biến đổi hóa học. Việc phân tích các vật thể đơn giản được thừa nhận trong nhiệt động lực học là quan trọng và phù hợp từ quan điểm thực tiễn và lý thuyết.
Năng lượng bên trong của hệ nhiệt động loại này được kết nối với thế giới xung quanh. Khi mô tả, số lượng hạt và khối lượng chất của từng thành phần riêng lẻ được sử dụng.
Hệ thống phức tạp
Các hệ nhiệt động phức tạp bao gồm các hệ nhiệt động không thuộc các loại đơn giản. Ví dụ, chúng là nam châm, chất điện môi, vật rắn đàn hồi, chất siêu dẫn, bề mặt pha, bức xạ nhiệt và hệ thống điện hóa. Là các thông số được sử dụng để mô tả chúng, chúng tôi lưu ý độ đàn hồi của lò xo hoặc thanh, bề mặt pha và bức xạ nhiệt.
Hệ vật lý là một tập hợp trong đó không có tương tác hóa học giữa các chất trong giới hạn nhiệt độ và áp suất được chọn để nghiên cứu. Và hệ thống hóa học là những lựa chọn liên quan đến sự tương tác giữa các thành phần riêng lẻ của nó.
Năng lượng bên trong của một hệ nhiệt động phụ thuộc vào sự cô lập của nó với thế giới bên ngoài. Ví dụ, như một biến thể của vỏ đoạn nhiệt, người ta có thể tưởng tượng ra bình Dewar. Tính đồng nhất được thể hiện trong một hệ thống trong đó tất cả các thành phần đều có những đặc tính tương tự nhau. Ví dụ về chúng là các dung dịch khí, rắn và lỏng. Một ví dụ điển hình về pha đồng nhất khí là bầu khí quyển của Trái đất.
Đặc điểm của nhiệt động lực học
Phần khoa học này đề cập đến việc nghiên cứu các mô hình cơ bản của các quá trình có liên quan đến việc giải phóng và hấp thụ năng lượng. Nhiệt động lực học hóa học liên quan đến việc nghiên cứu sự biến đổi lẫn nhau của các bộ phận cấu thành của một hệ thống, thiết lập các mô hình chuyển đổi loại năng lượng này sang loại năng lượng khác trong các điều kiện nhất định (áp suất, nhiệt độ, thể tích).
Hệ thống là đối tượng của nghiên cứu nhiệt động lực học có thể được biểu diễn dưới dạng bất kỳ vật thể tự nhiên nào, bao gồm một số lượng lớn các phân tử được phân tách bằng một bề mặt tiếp xúc với các vật thể thực khác. Trạng thái của một hệ thống được hiểu là tổng thể các thuộc tính của nó, giúp có thể xác định nó theo quan điểm nhiệt động lực học.
Phần kết luận
Trong bất kỳ hệ thống nào, sự chuyển đổi từ loại năng lượng này sang loại năng lượng khác đều được quan sát và trạng thái cân bằng nhiệt động được thiết lập. Phần vật lý liên quan đến nghiên cứu chi tiết về sự biến đổi, thay đổi và bảo toàn năng lượng có tầm quan trọng đặc biệt. Ví dụ, trong động học hóa học, người ta không chỉ có thể mô tả trạng thái của một hệ mà còn có thể tính toán các điều kiện góp phần làm cho hệ chuyển dịch theo hướng mong muốn.
Định luật Hess, liên quan đến entanpy và entropy của quá trình biến đổi đang được xem xét, giúp xác định khả năng xảy ra phản ứng tự phát và tính toán lượng nhiệt giải phóng (hấp thụ) bởi hệ nhiệt động.
Nhiệt hóa học, dựa trên các nguyên lý nhiệt động lực học, có tầm quan trọng thực tiễn. Nhờ phần hóa học này, các tính toán sơ bộ về hiệu quả sử dụng nhiên liệu và tính khả thi của việc đưa một số công nghệ nhất định vào sản xuất thực tế được thực hiện trong sản xuất. Thông tin thu được từ nhiệt động lực học cho phép áp dụng các hiện tượng đàn hồi, nhiệt điện, độ nhớt và từ hóa để sản xuất công nghiệp các vật liệu khác nhau.
HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG
HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG
Một bộ vĩ mô các vật thể có khả năng tương tác với nhau và với vật thể khác (môi trường bên ngoài) - trao đổi năng lượng và các chất với chúng. T.s. bao gồm một số lượng lớn các hạt cấu trúc (nguyên tử, phân tử) đến mức trạng thái của nó có thể được đặc trưng bằng phương pháp vĩ mô. các thông số: mật độ, áp suất, nồng độ các chất tạo thành T.s., v.v.
CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘNG), nếu các thông số của hệ không thay đổi theo thời gian và không có chất nào trong hệ. dòng chảy cố định (nhiệt, nước, v.v.). Để cân bằng T.s. khái niệm nhiệt độ được đưa ra như một tham số có cùng giá trị đối với mọi vật thể vĩ mô. các bộ phận của hệ thống. Số tham số độc lập của một trạng thái bằng số bậc tự do của T.S., các tham số còn lại có thể được biểu diễn dưới dạng tham số độc lập bằng phương trình trạng thái. Thánh của sự cân bằng T.s. nghiên cứu các quá trình cân bằng (nhiệt tĩnh học); thánh của hệ thống không cân bằng - .
Nhiệt động lực học xem xét: các hệ thống nhiệt khép kín không trao đổi chất với các hệ thống khác, nhưng trao đổi chất và năng lượng với các hệ thống khác; hệ thống T. đoạn nhiệt, trong đó các hệ thống khác không có nó; các hệ cô lập không trao đổi năng lượng hoặc chất với các hệ khác. Nếu hệ thống không bị cô lập thì trạng thái của nó có thể thay đổi; sự thay đổi trạng thái của T. s. gọi điện quá trình nhiệt động lực học. T.s. có thể đồng nhất về mặt vật lý (hệ thống đồng nhất) và không đồng nhất (hệ thống không đồng nhất), bao gồm một số. các bộ phận đồng nhất có tính chất vật lý khác nhau Thánh bạn ơi. Là kết quả của giai đoạn và hóa học các phép biến đổi (xem CHUYỂN GIAI GIAI ĐOẠN) đồng nhất T. s. có thể trở nên không đồng nhất và ngược lại.
Từ điển bách khoa vật lý. - M.: Bách khoa toàn thư Liên Xô. . 1983 .
HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG
Một bộ vĩ mô các vật thể có khả năng tương tác với nhau và với vật thể khác (môi trường bên ngoài) - trao đổi năng lượng và vật chất với chúng. T.s. bao gồm một số lượng lớn các hạt cấu trúc (nguyên tử, phân tử) đến mức trạng thái của nó có thể được đặc trưng bằng phương pháp vĩ mô. các thông số: mật độ, áp suất, nồng độ các chất tạo thành chất rắn, v.v.
T.s. ở trạng thái cân bằng (xem Cân bằng nhiệt động), nếu các tham số của hệ thống không thay đổi theo thời gian và không có vật liệu nào trong hệ thống. dòng tĩnh (nhiệt, vật chất, v.v.). Để cân bằng T.s. khái niệm được giới thiệu nhiệt độ Làm sao tham số trạng thái, có cùng một ý nghĩa đối với mọi vĩ mô. các bộ phận của hệ thống. Số tham số trạng thái độc lập bằng số bậc tự do T.S., các tham số còn lại có thể được biểu diễn dưới dạng các tham số độc lập bằng cách sử dụng các phương trình trạng thái. Tính chất của trạng thái cân bằng T.s. học nhiệt động lực học quá trình cân bằng (nhiệt tĩnh), tính chất của hệ thống không cân bằng - nhiệt động lực học của các quá trình không cân bằng.
Nhiệt động lực học xem xét: các hệ thống nhiệt động khép kín không trao đổi vật chất với các hệ thống khác; hệ thống mở, trao đổi vật chất và năng lượng với các hệ thống khác; a d i a b a t n e T.s., trong đó không có sự trao đổi nhiệt với các hệ thống khác; hệ thống T. đồng nhất cô lập) và không đồng nhất ( hệ thống không đồng nhất), gồm nhiều phần đồng nhất có tính chất vật lý khác nhau. của cải. Là kết quả của giai đoạn và hóa học các phép biến đổi (xem Giai đoạn chuyển tiếp) đồng nhất T. s. có thể trở nên không đồng nhất và ngược lại.
Lít.: Epshtein P.S., Khóa học Nhiệt động lực học, trans. từ tiếng Anh, M.-L., 1948; Leontovich M.A., Giới thiệu về Nhiệt động lực học, tái bản lần thứ 2, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Nhiệt động lực học và tái bản lần thứ 2, M., 1955.
Bách khoa toàn thư vật lý. Trong 5 tập. - M.: Bách khoa toàn thư Liên Xô. Tổng biên tập A. M. Prokhorov. 1988 .
Xem "HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG" là gì trong các từ điển khác:
Một vật thể vĩ mô được cách ly với môi trường bằng cách sử dụng các vách ngăn hoặc vỏ (chúng cũng có thể là tinh thần, có điều kiện) và được đặc trưng bởi các thông số vĩ mô: thể tích, nhiệt độ, áp suất, v.v. Đối với điều này... ... Từ điển bách khoa lớn
hệ nhiệt động- hệ thống nhiệt động lực học; hệ thống Một tập hợp các vật thể có thể tương tác về mặt năng lượng với nhau và với các vật thể khác và trao đổi vật chất với chúng... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa
HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG- một bộ vật lý vật có khả năng trao đổi năng lượng, vật chất với nhau và với vật thể khác (môi trường bên ngoài). T.s. là bất kỳ hệ thống nào bao gồm một số lượng rất lớn các phân tử, nguyên tử, electron và các hạt khác có nhiều... ... Bách khoa toàn thư bách khoa lớn
hệ nhiệt động- Một vật thể (tập hợp các vật thể) có khả năng trao đổi năng lượng và (hoặc) vật chất với các vật thể khác (với nhau). [Bộ sưu tập các thuật ngữ được đề xuất. Số 103. Nhiệt động lực học. Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Ủy ban thuật ngữ khoa học và kỹ thuật. 1984... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật
hệ nhiệt động- - một phần không gian được lựa chọn tùy ý chứa một hoặc nhiều chất và được ngăn cách với môi trường bên ngoài bằng lớp vỏ thực hoặc có điều kiện. Hóa học đại cương: sách giáo khoa / A. V. Zholnin ... Thuật ngữ hóa học
hệ nhiệt động- một vật thể vĩ mô, tách biệt với môi trường bằng các ranh giới thực hoặc tưởng tượng, có thể được đặc trưng bởi các thông số nhiệt động lực học: thể tích, nhiệt độ, áp suất, v.v. Có sự cô lập,... ... Từ điển bách khoa về luyện kim
Một vật thể vĩ mô được cách ly với môi trường bằng cách sử dụng các vách ngăn hoặc lớp vỏ (chúng cũng có thể là tinh thần, có điều kiện), có thể được đặc trưng bởi các thông số vĩ mô: thể tích, nhiệt độ, áp suất, v.v. Đối với... ... từ điển bách khoa
Nhiệt động lực học ... Wikipedia
hệ nhiệt động- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: tiếng Anh. hệ thống nhiệt động lực học ở Nga hệ nhiệt động... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
hệ nhiệt động- termodinaminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. hệ thống nhiệt động lực học. Hệ thống nhiệt động lực học, n rus. hệ nhiệt động lực học, f pranc. hệ thống nhiệt động lực học, m … Fizikos terminų žodynas
Giới thiệu. Chuyên đề kỹ thuật nhiệt. Các khái niệm và định nghĩa cơ bản. Hệ thống nhiệt động lực học. Các tham số trạng thái Nhiệt độ. Áp lực. Khối lượng cụ thể. Phương trình trạng thái. Phương trình Van der Waals .
Tỷ lệ giữa các đơn vị:
1 bar = 10 5 Pa
1 kg/cm2 (khí quyển) = 9,8067 10 4 Pa
1mmHg st (milimét thủy ngân) = 133 Pa
1mm nước Nghệ thuật. (mm cột nước) = 9,8067 Pa
Tỉ trọng - tỉ số giữa khối lượng của một chất và thể tích mà chất đó chiếm.
khối lượng cụ thể - nghịch đảo của mật độ, tức là tỉ số giữa thể tích chiếm bởi một chất và khối lượng của nó.
Sự định nghĩa: Nếu trong một hệ nhiệt động lực học, ít nhất một trong các tham số của bất kỳ vật nào có trong hệ thay đổi thì hệ sẽ trải qua quá trình nhiệt động .
Các thông số nhiệt động cơ bản của trạng thái P, V, T các vật thể đồng nhất phụ thuộc vào nhau và có quan hệ lẫn nhau bởi phương trình trạng thái:
F (P, V, T)
Đối với khí lý tưởng, phương trình trạng thái được viết là:
P- áp lực
v- khối lượng cụ thể
T- nhiệt độ
R- hằng số khí (mỗi khí có giá trị riêng)
Nếu phương trình trạng thái đã biết thì để xác định trạng thái của các hệ đơn giản nhất chỉ cần biết hai biến độc lập trong số 3 biến là đủ.
P = f1(v,t); v = f2(P,T); T = f3(v, P).
Các quá trình nhiệt động lực học thường được mô tả trên đồ thị trạng thái, trong đó các tham số trạng thái được vẽ dọc theo các trục. Các điểm trên mặt phẳng của đồ thị như vậy tương ứng với một trạng thái nhất định của hệ, các đường trên đồ thị tương ứng với các quá trình nhiệt động chuyển hệ từ trạng thái này sang trạng thái khác.
Chúng ta hãy xem xét một hệ nhiệt động bao gồm một khối khí nào đó đựng trong một bình có pít-tông, bình và pít-tông trong trường hợp này là môi trường bên ngoài.
Ví dụ, cho khí được đun nóng trong bình, có thể xảy ra hai trường hợp:
1) Nếu pít-tông được cố định và thể tích không thay đổi thì áp suất trong bình sẽ tăng. Quá trình này được gọi là đẳng âm(v = const), chạy ở mức âm lượng không đổi;
Cơm. 1.1. Các quá trình đẳng tích trong P-T tọa độ: v 1 >v 2 >v 3
2) Nếu piston tự do thì khí nóng lên sẽ nở ra ở áp suất không đổi, quá trình này được gọi là đường đẳng áp (P= const), chạy ở áp suất không đổi.
Cơm. 1.2 Các quá trình đẳng áp trong v - T tọa độ: P 1 >P 2 >P 3
Nếu bằng cách di chuyển pít-tông, bạn thay đổi thể tích của khí trong bình thì nhiệt độ của khí cũng sẽ thay đổi, tuy nhiên, bằng cách làm mát bình trong quá trình nén khí và đốt nóng trong quá trình giãn nở, bạn có thể đạt được nhiệt độ không đổi. với những thay đổi về thể tích và áp suất, quá trình này được gọi là đẳng nhiệt (T= hằng).
Cơm. 1.3 Quá trình đẳng nhiệt trong P-v tọa độ: T 1 >T 2 >T 3
Một quá trình trong đó không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ và môi trường được gọi là đoạn nhiệt, trong khi lượng nhiệt trong hệ thống không đổi ( Q= hằng). Trong đời sống thực, các quá trình đoạn nhiệt không tồn tại vì không thể cách ly hoàn toàn hệ thống khỏi môi trường. Tuy nhiên, các quá trình thường xảy ra trong đó sự trao đổi nhiệt với môi trường rất nhỏ, ví dụ, nén nhanh khí trong bình bằng pít-tông, khi nhiệt không có thời gian để loại bỏ do pít-tông và bình bị nung nóng.
Cơm. 1.4 Đồ thị gần đúng của một quá trình đoạn nhiệt trong P-v tọa độ
Định nghĩa: Quy trình tuần hoàn (Chu kỳ) - là tập hợp các tiến trình đưa hệ thống về trạng thái ban đầu. Có thể có nhiều tiến trình riêng biệt trong một vòng lặp.
Khái niệm về một quá trình tuần hoàn là chìa khóa đối với chúng ta trong nhiệt động lực học, vì hoạt động của nhà máy điện hạt nhân dựa trên chu trình hơi nước, nói cách khác, chúng ta có thể xem xét sự bay hơi của nước trong lõi, chuyển động quay của rôto tuabin bằng hơi nước, sự ngưng tụ hơi nước và dòng nước chảy vào lõi như một loại quá trình hoặc chu trình nhiệt động khép kín.
định nghĩa: Cơ quan làm việc - một lượng chất nhất định, tham gia vào chu trình nhiệt động, thực hiện công có ích. Chất lỏng hoạt động trong nhà máy lò phản ứng RBMK là nước, sau khi bay hơi trong lõi dưới dạng hơi nước sẽ hoạt động trong tuabin, làm quay rôto.
Sự định nghĩa: Sự truyền năng lượng trong một quá trình nhiệt động từ vật này sang vật khác, gắn liền với sự thay đổi thể tích của chất lỏng làm việc, với sự chuyển động của nó trong không gian bên ngoài hoặc với sự thay đổi vị trí của nó được gọi là quá trình làm việc .
Hệ nhiệt động
Nhiệt động lực học kỹ thuật (t/d) kiểm tra các mô hình chuyển đổi lẫn nhau của nhiệt thành công. Nó thiết lập mối quan hệ giữa các quá trình nhiệt, cơ và hóa học xảy ra trong máy nhiệt và làm lạnh, nghiên cứu các quá trình xảy ra trong khí và hơi, cũng như tính chất của các vật thể này trong các điều kiện vật lý khác nhau.
Nhiệt động lực học dựa trên hai định luật (nguyên lý) cơ bản của nhiệt động lực học:
Định luật nhiệt động đầu tiên- định luật biến đổi và bảo toàn năng lượng;
Định luật nhiệt động II- thiết lập các điều kiện cho sự xuất hiện và hướng của các quá trình vĩ mô trong các hệ thống bao gồm một số lượng lớn các hạt.
Công nghệ kỹ thuật, áp dụng các định luật cơ bản vào các quá trình biến nhiệt thành công cơ học và ngược lại, giúp phát triển các lý thuyết về động cơ nhiệt, nghiên cứu các quá trình xảy ra trong chúng, v.v.
Đối tượng của nghiên cứu là hệ thống nhiệt động lực học, có thể là một nhóm cơ thể, một cơ thể hoặc một bộ phận của cơ thể. Những gì bên ngoài hệ thống được gọi là môi trường. Hệ thống T/D là tập hợp các vật thể vĩ mô trao đổi năng lượng với nhau và với môi trường. Ví dụ: hệ thống t/d là chất khí nằm trong một xi lanh có pít-tông và môi trường là xi-lanh, pít-tông, không khí và tường phòng.
Hệ thống cách ly - Hệ thống t/d không tương tác với môi trường.
Hệ thống đoạn nhiệt (cách nhiệt) - hệ thống có vỏ đoạn nhiệt, loại trừ sự trao đổi nhiệt (trao đổi nhiệt) với môi trường.
Hệ thống đồng nhất - một hệ thống có cùng thành phần và tính chất vật lý ở tất cả các bộ phận của nó.
Hệ thống đồng nhất - một hệ thống đồng nhất về thành phần và cấu trúc vật lý, bên trong không có các bề mặt tiếp xúc (nước đá, nước, khí).
Hệ thống không đồng nhất
- một hệ thống bao gồm một số phần (pha) đồng nhất với các tính chất vật lý khác nhau, được ngăn cách với nhau bằng các bề mặt có thể nhìn thấy được (nước đá và nước, nước và hơi nước).
Trong động cơ nhiệt (động cơ), công cơ học được thực hiện với sự trợ giúp của chất lỏng làm việc - khí, hơi nước.
Các tính chất của mỗi hệ thống được đặc trưng bởi một số đại lượng, thường được gọi là các thông số nhiệt động. Chúng ta hãy xem xét một số trong số chúng, sử dụng các khái niệm động học phân tử đã biết từ khóa học vật lý về một loại khí lý tưởng là một tập hợp các phân tử có kích thước cực kỳ nhỏ, chuyển động nhiệt ngẫu nhiên và chỉ tương tác với nhau thông qua va chạm.
Áp suất được gây ra bởi sự tương tác của các phân tử của chất lỏng làm việc với bề mặt và bằng số với lực tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt cơ thể bình thường đối với bề mặt sau. Theo lý thuyết động học phân tử, áp suất khí được xác định bởi mối quan hệ
Ở đâu N- số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích;
T- khối lượng của phân tử; từ 2- căn bậc hai tốc độ bình phương của chuyển động tịnh tiến của phân tử.
Trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), áp suất được biểu thị bằng pascal (1 Pa = 1 N/m2). Vì đơn vị này nhỏ nên sử dụng 1 kPa = 1000 Pa và 1 MPa = 10 6 Pa sẽ thuận tiện hơn.
Áp suất được đo bằng đồng hồ đo áp suất, phong vũ biểu và đồng hồ đo chân không.
Đồng hồ đo áp suất chất lỏng và lò xo đo áp suất đo, là sự chênh lệch giữa áp suất tổng hoặc áp suất tuyệt đối Rđo áp suất trung bình và khí quyển
P atm, tức là
Dụng cụ đo áp suất dưới khí quyển được gọi là máy đo chân không; số đọc của chúng cho giá trị chân không (hoặc chân không):
tức là áp suất khí quyển vượt quá áp suất tuyệt đối.
Cần lưu ý rằng tham số trạng thái là áp suất tuyệt đối. Đây là những gì được bao gồm trong các phương trình nhiệt động lực học.
Nhiệt độđược gọi là đại lượng vật lý, đặc trưng cho mức độ nóng lên của cơ thể. Khái niệm nhiệt độ được rút ra từ phát biểu sau: nếu hai hệ tiếp xúc nhiệt thì nếu nhiệt độ của chúng không bằng nhau thì chúng sẽ trao đổi nhiệt với nhau, nhưng nếu nhiệt độ của chúng bằng nhau thì sẽ không có sự trao đổi nhiệt.
Theo quan điểm của các khái niệm động học phân tử, nhiệt độ là thước đo cường độ chuyển động nhiệt của các phân tử. Giá trị số của nó liên quan đến động năng trung bình của các phân tử của chất:
Ở đâu k- Hằng số Boltzmann bằng 1,380662,10? 23 J/K. Nhiệt độ T được xác định theo cách này được gọi là nhiệt độ tuyệt đối.
Đơn vị nhiệt độ SI là kelvin (K); trong thực tế, độ C (° C) được sử dụng rộng rãi. Mối quan hệ tuyệt đối T và độ C TÔI nhiệt độ có dạng
Trong điều kiện công nghiệp và phòng thí nghiệm, nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế lỏng, nhiệt kế, cặp nhiệt điện và các dụng cụ khác.
khối lượng cụ thể v— là thể tích của một đơn vị khối lượng của một chất. Nếu một khối lượng đồng nhất M chiếm khối lượng v, thì theo định nghĩa
v= V/M.
Trong hệ SI, đơn vị của thể tích riêng là 1 m 3 /kg. Có một mối quan hệ rõ ràng giữa thể tích riêng của một chất và mật độ của nó:
Để so sánh các đại lượng đặc trưng cho các hệ thống ở trạng thái giống hệt nhau, khái niệm “điều kiện vật lý bình thường” được đưa ra:
P= 760 mm Hg. = 101,325 kPa; T= 273,15 K.
Các ngành công nghệ khác nhau và các quốc gia khác nhau giới thiệu “điều kiện bình thường” của riêng họ, hơi khác so với những điều kiện được đưa ra, chẳng hạn như “kỹ thuật” ( P= 735,6 mm Hg. = 98 kPa, t= 15°C) hoặc các điều kiện bình thường để đánh giá tính năng của máy nén ( P= 101,325 kPa, t= 20? C), v.v.
Nếu tất cả các tham số nhiệt động không đổi theo thời gian và giống nhau tại mọi điểm của hệ thì trạng thái này của hệ được gọi là lò xo cân bằng.
Nếu có sự khác biệt về nhiệt độ, áp suất và các thông số khác giữa các điểm khác nhau trong hệ thống thì đó là không cân bằng. Trong một hệ thống như vậy, dưới tác động của độ dốc tham số, các dòng nhiệt, các chất và các chất khác phát sinh, cố gắng đưa nó về trạng thái cân bằng. Kinh nghiệm cho thấy rằng Một hệ cô lập luôn đạt đến trạng thái cân bằng theo thời gian và không bao giờ có thể tự rời bỏ nó. Trong nhiệt động lực học cổ điển, chỉ có hệ cân bằng được xem xét.
Phương trình trạng thái.Đối với một hệ nhiệt động cân bằng, tồn tại mối quan hệ hàm số giữa các tham số trạng thái, được gọi là phương trình trạng thái. Kinh nghiệm cho thấy thể tích, nhiệt độ và áp suất riêng của các hệ đơn giản nhất là chất khí, hơi hoặc chất lỏng có liên quan với nhau. phương trình nhiệt trạng thái xem:
Phương trình trạng thái có thể có dạng khác:
Các phương trình này cho thấy rằng trong ba tham số chính xác định trạng thái của hệ thống thì hai tham số bất kỳ đều độc lập.
Để giải các bài toán bằng phương pháp nhiệt động lực học, nhất thiết phải biết phương trình trạng thái. Tuy nhiên, nó không thể thu được trong khuôn khổ nhiệt động lực học và phải được tìm thấy bằng thực nghiệm hoặc bằng các phương pháp vật lý thống kê. Dạng cụ thể của phương trình trạng thái phụ thuộc vào tính chất riêng của chất.
Hệ nhiệt động- đây là một phần của thế giới vật chất, tách biệt với môi trường bởi ranh giới thực hoặc tưởng tượng và là đối tượng nghiên cứu của nhiệt động lực học. Môi trường có thể tích lớn hơn nhiều và do đó những thay đổi trong nó là không đáng kể so với những thay đổi về trạng thái của hệ thống. Không giống như các hệ cơ học bao gồm một hoặc nhiều vật thể, hệ nhiệt động chứa một số lượng rất lớn các hạt, tạo ra các tính chất hoàn toàn mới và đòi hỏi các cách tiếp cận khác nhau để mô tả trạng thái và hoạt động của các hệ đó. Hệ thống nhiệt động lực học là đối tượng vĩ mô.
Phân loại hệ nhiệt động
1. Theo thành phần
Một hệ thống nhiệt động bao gồm các thành phần. Thành phần - là chất có thể tách ra khỏi hệ và tồn tại bên ngoài hệ, tức là thành phần là những chất độc lập.
Một thành phần.
Hai thành phần hoặc nhị phân.
Ba thành phần - ba.
Đa thành phần.
2. Theo thành phần pha- đồng nhất và không đồng nhất
đồng nhất các hệ thống có các tính chất vĩ mô giống nhau ở bất kỳ điểm nào trong hệ thống, chủ yếu là nhiệt độ, áp suất, nồng độ, cũng như nhiều tính chất khác, ví dụ: chiết suất, hằng số điện môi, cấu trúc tinh thể, v.v. Hệ thống đồng nhất bao gồm một pha.
Giai đoạn là một phần đồng nhất của hệ thống, được tách biệt khỏi các pha khác bằng một bề mặt và được đặc trưng bởi phương trình trạng thái riêng của nó. Pha và trạng thái kết hợp là các khái niệm chồng chéo nhưng không giống nhau. Chỉ có 4 trạng thái tập hợp; có thể có nhiều giai đoạn hơn.
không đồng nhất hệ thống bao gồm ít nhất hai giai đoạn.
3. Theo loại mối quan hệ với môi trường(theo khả năng trao đổi với môi trường).
Bị cô lập hệ thống không trao đổi năng lượng hoặc vật chất với môi trường. Đây là một hệ thống lý tưởng hóa, về nguyên tắc không thể nghiên cứu bằng thực nghiệm.
Đã đóng hệ thống có thể trao đổi năng lượng với môi trường, nhưng không trao đổi vật chất.
Mở hệ thống trao đổi cả năng lượng và vật chất
tình trạng TDS
tình trạng TDS là tổng thể của tất cả các đặc tính vĩ mô có thể đo lường được của nó, do đó có biểu hiện định lượng. Bản chất vĩ mô của các thuộc tính có nghĩa là chúng chỉ có thể được quy cho toàn bộ hệ thống chứ không phải cho các hạt riêng lẻ tạo nên cấu trúc nhị phân chặt chẽ (T, p, V, c, U, n k). Các đặc tính định lượng của nhà nước có mối liên hệ với nhau. Do đó, có một tập hợp tối thiểu các đặc tính hệ thống được gọi là thông số , đặc điểm kỹ thuật của nó cho phép chúng ta mô tả đầy đủ các thuộc tính của hệ thống. Số lượng các tham số này phụ thuộc vào loại hệ thống. Trong trường hợp đơn giản nhất, đối với một hệ thống khí đồng nhất khép kín ở trạng thái cân bằng, chỉ cần đặt 2 tham số là đủ. Đối với hệ mở, ngoài 2 đặc tính trên của hệ cần xác định rõ số mol của từng thành phần.
Các biến nhiệt động được chia thành:
- bên ngoài, được xác định bởi tính chất, tọa độ của hệ thống trong môi trường và phụ thuộc vào sự tiếp xúc của hệ thống với môi trường, ví dụ như khối lượng và số lượng các thành phần, cường độ điện trường, số lượng các biến đó có hạn;
- nội bộ, đặc trưng cho các tính chất của hệ thống, ví dụ, mật độ, năng lượng bên trong, số lượng các tham số đó là không giới hạn;
- rộng rãi, tỷ lệ thuận với khối lượng của hệ hoặc số lượng hạt, ví dụ, thể tích, năng lượng, entropy, nhiệt dung;
-mãnh liệt, không phụ thuộc vào khối lượng của hệ, ví dụ như nhiệt độ, áp suất.
Các tham số TDS có liên quan với nhau bằng mối quan hệ gọi là trạng thái phương trình hệ thống. Cái nhìn tổng quát về nó f(p,V , T)= 0. Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của FH là tìm phương trình trạng thái của bất kỳ hệ nào. Cho đến nay, phương trình trạng thái chính xác chỉ được biết đến với các loại khí lý tưởng (phương trình Clapeyron-Mendeleev).
pV = nRT, ( 1.1)
Ở đâu R– hằng số khí phổ quát = 8,314 J/(mol.K).
[p] = Pa, 1 atm = 1,013*10 5 Pa = 760 mm Hg,
[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02*1023 mol-1. Khí thực chỉ được mô tả gần đúng bằng phương trình này, áp suất càng cao và nhiệt độ càng thấp thì độ lệch so với phương trình trạng thái này càng lớn.
Phân biệt trạng thái cân bằng Và không cân bằng trạng thái của TDS.
Nhiệt động lực học cổ điển thường giới hạn ở việc xem xét trạng thái cân bằng của các hệ nhị phân gần. Cân bằng - đây là trạng thái mà TDS xuất hiện một cách tự nhiên và ở đó nó có thể tồn tại vô thời hạn mà không cần tác động từ bên ngoài. Để xác định trạng thái cân bằng, luôn cần số lượng tham số nhỏ hơn so với các hệ thống không cân bằng.
Trạng thái cân bằng được chia thành:
- bền vững(ổn định) trạng thái trong đó bất kỳ tác động vô cùng nhỏ nào cũng chỉ gây ra một sự thay đổi vô cùng nhỏ về trạng thái và khi loại bỏ tác động này, hệ thống sẽ trở về trạng thái ban đầu;
- có thể di chuyển được một tình trạng trong đó một số ảnh hưởng cuối cùng gây ra những thay đổi cuối cùng về trạng thái không biến mất khi những ảnh hưởng này bị loại bỏ.
Sự thay đổi trạng thái của một hệ vật kín gắn liền với sự thay đổi của ít nhất một trong các biến nhiệt động của nó được gọi là quá trình nhiệt động. Điểm đặc biệt trong cách mô tả các quá trình nhiệt động là chúng được đặc trưng không phải bởi tốc độ thay đổi tính chất mà bởi cường độ của những thay đổi. Một quá trình trong nhiệt động lực học là một chuỗi các trạng thái của một hệ dẫn từ tập hợp các tham số nhiệt động lực học ban đầu đến tập hợp các tham số nhiệt động lực học cuối cùng. Các quá trình nhiệt động sau đây được phân biệt:
- tự phát, để thực hiện mà bạn không cần tiêu tốn năng lượng;
- không tự phát, chỉ xảy ra khi năng lượng được tiêu hao;
- không thể đảo ngược(hoặc không cân bằng) - khi do kết quả của quá trình, hệ thống không thể đưa hệ thống về trạng thái ban đầu.
-có thể đảo ngược - đây là những quá trình lý tưởng hóa diễn ra tiến và lùi qua cùng các trạng thái trung gian và sau khi hoàn thành chu trình, không có thay đổi nào được quan sát thấy trong hệ thống hoặc trong môi trường.
Chức năng trạng thái– đây là những đặc điểm của hệ thống chỉ phụ thuộc vào các tham số của trạng thái chứ không phụ thuộc vào phương pháp đạt được nó.
Các hàm trạng thái được đặc trưng bởi các tính chất sau:
Sự thay đổi vô hạn của chức năng f là một sự khác biệt tổng thể df;
Sự thay đổi chức năng khi chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 chỉ được xác định bởi các trạng thái này ∫ df = f 2 – f 1
Là kết quả của bất kỳ quá trình tuần hoàn nào, hàm trạng thái không thay đổi, tức là bằng không.
Nhiệt và làm việc– phương pháp trao đổi năng lượng giữa RDS và môi trường. Nhiệt và công là đặc tính của một quá trình; chúng không phải là hàm của trạng thái.
Công việc- một hình thức trao đổi năng lượng ở cấp độ vĩ mô khi xảy ra chuyển động có hướng của một vật thể. Công được coi là dương nếu nó được hệ thực hiện dưới tác dụng của ngoại lực.
Nhiệt– một hình thức trao đổi năng lượng ở cấp độ vi mô, tức là dưới dạng thay đổi chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Người ta thường chấp nhận rằng nhiệt mà hệ nhận được và công thực hiện trên nó là dương, tức là. “nguyên tắc ích kỷ” vận hành .
Đơn vị năng lượng và công được sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt là trong nhiệt động lực học, là SI joule (J) và đơn vị calo phi hệ thống (1 cal = 4,18 J).
Tùy theo tính chất của đối tượng, người ta phân biệt các loại công việc khác nhau:
1. Cơ khí - chuyển động cơ thể
da lông = - F ex dl.(2.1)
Công là tích vô hướng của 2 vectơ lực và chuyển vị, tức là
|dA lông thú | = F dl vìα. Nếu hướng của ngoại lực ngược chiều với chuyển động của nội lực thì vìα < 0.
2. Hoạt động mở rộng (sự giãn nở khí thường được xem xét nhiều nhất)
dA = - p dV (1.7)
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng biểu thức này chỉ đúng cho quá trình thuận nghịch.
3. Điện - chuyển động của điện tích
da el = -jdq,(2.2)
Ở đâu j-điện tích.
4. Hời hợt - thay đổi diện tích bề mặt,
bề mặt dA = -sdS,(2.3)
Ở đâu S- sức căng bề mặt.
5. Biểu hiện chung về công việc
dA = - Ydx,(2.4)
Y- lực tổng quát, dx- tọa độ tổng quát, do đó công việc có thể được coi là sản phẩm của yếu tố chuyên sâu và sự thay đổi của yếu tố mở rộng.
6. Tất cả các loại công việc, ngoại trừ công việc mở rộng, đều được gọi là hữu ích công việc (dA’). dA = рdV + dА' (2,5)
7. Bằng cách tương tự, chúng ta có thể giới thiệu khái niệm hóa chất làm việc khi di chuyển có hướng k-chất hóa học thứ n k– thuộc tính rộng rãi, trong khi tham số chuyên sâu tôi k gọi là tiềm năng hóa học k-chất thứ
dA hóa học = -Sm k dn k. (2.6)
Định nghĩa 1
Hệ nhiệt động là tập hợp và hằng số của các vật thể vĩ mô luôn tương tác với nhau và với các phần tử khác, trao đổi năng lượng với chúng.
Trong nhiệt động lực học, họ thường hiểu một hệ thống là một dạng vật lý vĩ mô bao gồm một số lượng lớn các hạt không ngụ ý việc sử dụng các chỉ số vĩ mô để mô tả từng phần tử riêng lẻ. Không có hạn chế nhất định nào về bản chất của các vật thể vật chất là thành phần cấu thành của các khái niệm đó. Chúng có thể được biểu diễn dưới dạng nguyên tử, phân tử, electron, ion và photon
Hệ thống nhiệt động lực học có ba loại chính:
- bị cô lập - không có sự trao đổi vật chất hoặc năng lượng với môi trường;
- khép kín - cơ thể không được kết nối với môi trường;
- mở - có cả sự trao đổi năng lượng và khối lượng với không gian bên ngoài.
Năng lượng của bất kỳ hệ nhiệt động nào cũng có thể được chia thành năng lượng phụ thuộc vào vị trí và chuyển động của hệ, cũng như năng lượng được xác định bởi chuyển động và tương tác của các vi hạt hình thành nên khái niệm. Phần thứ hai trong vật lý được gọi là năng lượng bên trong của hệ thống.
Đặc điểm của hệ nhiệt động
Hình 1. Các loại hệ nhiệt động. Author24 - trao đổi trực tuyến các tác phẩm của sinh viên
Lưu ý 1
Các đặc điểm đặc biệt của các hệ thống nhiệt động lực học có thể là bất kỳ vật thể nào được quan sát mà không cần sử dụng kính hiển vi và kính thiên văn.
Để đưa ra mô tả đầy đủ về khái niệm như vậy, cần phải chọn các chi tiết vĩ mô mà qua đó có thể xác định chính xác áp suất, thể tích, nhiệt độ, cảm ứng từ, phân cực điện, thành phần hóa học và khối lượng của các bộ phận chuyển động.
Đối với bất kỳ hệ thống nhiệt động lực nào, đều có những giới hạn có điều kiện hoặc thực tế tách chúng ra khỏi môi trường. Thay vào đó, họ thường xem xét khái niệm bộ điều nhiệt, được đặc trưng bởi công suất nhiệt cao đến mức trong trường hợp trao đổi nhiệt với khái niệm được phân tích, thông số nhiệt độ không thay đổi.
Tùy thuộc vào bản chất chung của sự tương tác của hệ nhiệt động với môi trường, người ta thường phân biệt:
- loài biệt lập không trao đổi vật chất, năng lượng với môi trường bên ngoài;
- cách ly đoạn nhiệt - các hệ không trao đổi vật chất với môi trường bên ngoài mà tham gia trao đổi năng lượng;
- hệ thống khép kín - những hệ thống không trao đổi với vật chất; chỉ cho phép một sự thay đổi nhỏ về giá trị nội năng;
- hệ thống mở - những hệ thống được đặc trưng bởi sự chuyển giao hoàn toàn năng lượng và vật chất;
- mở một phần - có vách ngăn bán thấm nên không tham gia đầy đủ vào quá trình trao đổi vật chất.
Tùy thuộc vào cách thức, ý nghĩa của khái niệm nhiệt động lực học có thể được chia thành các lựa chọn đơn giản và phức tạp.
Nội năng của các hệ trong nhiệt động lực học
Hình 2. Nội năng của một hệ nhiệt động. Author24 - trao đổi trực tuyến các tác phẩm của sinh viên
Lưu ý 2
Các chỉ số nhiệt động chính, phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng của hệ thống, bao gồm năng lượng bên trong.
Nó bao gồm động năng do chuyển động của các hạt vật chất cơ bản, cũng như thế năng xuất hiện trong quá trình tương tác của các phân tử với nhau. Thông số này luôn rõ ràng. Nghĩa là, ý nghĩa và sự hiện thực hóa năng lượng bên trong là không đổi bất cứ khi nào khái niệm ở trạng thái mong muốn, bất kể phương pháp nào đạt được vị trí này.
Trong các hệ thống có thành phần hóa học không thay đổi trong quá trình biến đổi năng lượng, khi xác định nội năng, điều quan trọng là chỉ tính đến năng lượng chuyển động nhiệt của các hạt vật chất.
Một ví dụ điển hình về hệ thống như vậy trong nhiệt động lực học là khí lý tưởng. Năng lượng tự do là một lượng công nhất định mà cơ thể vật lý có thể thực hiện trong một quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt hoặc năng lượng tự do đại diện cho chức năng tối đa có thể có mà một khái niệm có thể thực hiện, sở hữu nguồn cung cấp năng lượng bên trong đáng kể. Nội năng của hệ bằng tổng lực căng liên kết và lực căng tự do.
Định nghĩa 2
Năng lượng liên kết là phần nội năng không có khả năng tự chuyển thành công - đây là phần tử nội năng bị mất giá trị.
Ở cùng nhiệt độ, thông số này tăng khi entropy tăng. Do đó, entropy của một hệ nhiệt động là thước đo sự cung cấp năng lượng ban đầu của nó. Trong nhiệt động lực học còn có một định nghĩa khác - tổn thất năng lượng trong một hệ cô lập ổn định
Quá trình thuận nghịch là một quá trình nhiệt động có thể tiến hành nhanh chóng theo cả chiều ngược và chiều thuận, đi qua cùng các vị trí trung gian, cuối cùng khái niệm này sẽ trở lại trạng thái ban đầu mà không tiêu hao năng lượng bên trong và không còn những thay đổi vĩ mô nào ở xung quanh. không gian.
Các quy trình có thể đảo ngược tạo ra công việc tối đa. Trong thực tế, không thể thu được kết quả tốt nhất từ hệ thống. Điều này mang lại ý nghĩa lý thuyết cho các hiện tượng thuận nghịch, diễn ra vô cùng chậm chạp và chỉ có thể tiếp cận ở khoảng cách ngắn.
Định nghĩa 3
Trong khoa học, không thể đảo ngược là một quá trình không thể được thực hiện theo hướng ngược lại thông qua các trạng thái trung gian giống nhau.
Tất cả các hiện tượng thực tế đều không thể đảo ngược trong mọi trường hợp. Ví dụ về các hiệu ứng như vậy là khuếch tán nhiệt, khuếch tán, dòng chảy nhớt và dẫn nhiệt. Sự chuyển đổi động năng và nội năng của chuyển động vĩ mô thông qua ma sát không đổi thành nhiệt, tức là vào chính hệ thống, là một quá trình không thể đảo ngược.
Biến trạng thái hệ thống
Trạng thái của bất kỳ hệ nhiệt động nào cũng có thể được xác định bằng sự kết hợp hiện tại giữa các đặc tính hoặc tính chất của nó. Tất cả các biến mới chỉ được xác định đầy đủ tại một thời điểm nhất định và không phụ thuộc vào việc khái niệm đi đến vị trí này chính xác như thế nào được gọi là các tham số nhiệt động của trạng thái hoặc các hàm cơ bản của không gian.
Trong nhiệt động lực học, một hệ thống được coi là đứng yên nếu các giá trị biến đổi vẫn ổn định và không thay đổi theo thời gian. Một trong những lựa chọn cho trạng thái đứng yên là trạng thái cân bằng nhiệt động. Bất kỳ sự thay đổi nào, ngay cả những thay đổi không đáng kể nhất trong khái niệm đều đã là một quá trình vật lý, do đó nó có thể chứa từ một đến một số chỉ báo trạng thái thay đổi. Trình tự trong đó các trạng thái của một hệ thống chuyển đổi lẫn nhau một cách có hệ thống được gọi là “đường dẫn quá trình”.
Thật không may, vẫn tồn tại sự nhầm lẫn giữa các thuật ngữ và mô tả chi tiết, bởi vì cùng một biến số trong nhiệt động lực học có thể độc lập hoặc là kết quả của việc bổ sung một số chức năng của hệ thống cùng một lúc. Do đó, các thuật ngữ như “tham số trạng thái”, “hàm trạng thái”, “biến trạng thái” đôi khi có thể được coi là từ đồng nghĩa.